3125

Таким образом, потенциал на поверхности грунта вокруг данного типа заземлителя распределяется по закону гиперболы, уменьшаясь от своего максимального значения φЗ до нуля по мере удаления от заземлителя (Рис.8.1). Теоретически поле растекания тока простирается до бесконечности, однако практически в реальных условиях зона растекания составляет 20м, поскольку за пределами этой зоны плотность тока близка к нулю.

Если в зоне растекания тока окажется человек, то он может попасть под действие шагового напряжения, а если он касается заземленной части электрооборудования, то и под действие напряжения прикосновения.

Напряжение шага - напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага UШ равно разности потенциалов точек земли, на которых находятся ноги человека (Рис.1) при этом ширина шага a=0,8м. При расположении одной ноги человека на расстоянии x от заземлителя и a=0,8м получаем

где ß - коэффициент напряжения шага, зависящий от вида заземлителя, расстояния до заземлителя и ширины шага. Чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем ß больше.

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Ток, обусловленный напряжением шага.

где Rч - сопротивление тела человека на пути "нога-нога". Как распределение потенциала на поверхности земли,

так и шаговые напряжения зависят от удельного сопротивления

91

грунта ρ. Грунт имеет сложное строение и представляет собой дисперсное пористое тело, состоящее из трех частей: жидкой, твердой и газообразной. Основным проводником тока в грунте является его жидкая часть. Экспериментально установлено, что для грунтов существует некоторые оптимальные значения влажности и содержания растворимых веществ, при которых ρ достигает минимума. Кроме того, ρ зависит от вида грунта, его уплотнения и температуры.

Напряжение прикосновения - это напряжения между двумя точками цепи тока замыкания при одновременном прикосновении к ним человека. Рассмотрим условия поражения током в случае прикосновения человека к нормально изолированным частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением из-за замыкания фазы на корпус (Рис.8.2). Напряжение прикосновения в этом случае будет равно разности между потенциалом на заземленном корпусе, к которому человек прикасается рукой φρ=φk и потенциалом поверхности земли в точке нахождения ног человека φн=φосн. Так как на любом из корпусов электрооборудования, присоединенных к заземлителю, потенциал равен потенциалу заземления φk=φЗ, то

косновения (в пределах зоны растекания тока α<1, а за пределами зоны α =1). Этот коэффициент учитывает форму потенциальной кривой.

Величина напряжения прикосновения равна нулю в случае нахождения человека на заземлителе, так как потенциал рук и ног одинаковы и равны φЗ. При удалении от заземлителя напряжение прикосновения стремится к максимальному значению, и за пределами зоны растекания оно равно напряжению на корпусе оборудования. Ток, протекающий через человека при этом, равен:

92

где Rч - сопротивление тела человека на пути "рука-нога". Напряжение шага всегда меньше напряжения прикосно-

вения. Кроме того, условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, поскольку протекание тока по нижней петле "нога-нога" менее опасно, чем по пути "рука-нога". Однако в практике немало случаев поражения людей при воздействии напряжения шага. Поражение усугубляется еще и тем, что из-за судороги в ногах человек может упасть, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела через жизненно важные органы с увеличением разности потенциалов.

Рис. 8.2. Распределение напряжения прикосновения:

1- потенциальная кривая φ3=f(x);

2-кривая распределения напряжения прикосновения пр = ( )

Для одиночных заземлителей иной формы, например дисковых, стержневых, полосовых и т.п., законы изменения потенциала на поверхности земли в зоне растекания будут совершенно другими, чем рассмотренные выше. По условиям

93

безопасности заземления должно обладать относительно малым сопротивлением. Поэтому в реальных условиях заземляющее устройство представляет собой целый ряд вертикальных и горизонтальных электродов, электрически связанных между собой. При этом все точки поверхности земли на участке между отдельными заземлителями имеют потенциал, отличные от нуля. В пределах площади, на которых размещены электроды, пр < з, и α<1, напряжение шага также значительно снижается. Однако по краям контура за пределами заземляющего устройства, если не принять меры по выравниванию потенциалов, может возникнуть крутой спад потенциальной кривой и опасные шаговые напряжения.

Стенд позволяет моделировать замыкание на землю вследствие контакта между токоведущими частями и заземленными корпусами 1;2;3. Ток стекает в землю через одиночный заземлитель R3. Максимальное удаление от заземлителя точки почвы, потенциал которой можно измерить на стенде - 42 см, что соответствует 20м в реальных условиях.

Вид грунта и значение его электрического сопротивления устанавливаются нажатием соответствующей кнопки

(табл. 8.1),

Блок подачи электропитания расположен с правой стороны от лабораторной установки.

94

Методика проведения эксперимента и интерпретация его результатов

1. Исследование закона распределения потенциала на поверхности земли в зоне растекания тока через одиночный заземлитель.

1.1. Подготовить лабораторный стенд к работе. Для чего установить переключатель "U сети" в положение, соответствующее варианту задания, и нажать соответствующую кнопку переключателя вида грунта "р" (табл. 8.2) согласно тому же варианту.

Таблица 8.2

Варианты задания

Включить на блоке питания тумблер "Сеть", а на вертикальной панели стенда нажать кнопку "Сеть". О готовности стенда к работе сигнализируют загорание лампочки на блоке питания и светодиода на вертикальной панели.

1.2.Включить на вертикальной панели тумблер "замыкание". О появлении напряжения на корпусе электродвигателя свидетельствует зажигание красного светодиода. По миллиамперметру определить стекающий через заземлитель в землю ток IЗ.

1.3.Определить общее сопротивление заземляющего

устройства по формуле:

Полученные данные занести в табл. 8.3,

95

Таблица 8.3

Uсети, В Iз, мА Rз, Ом

1.4. С помощью вольтметра измерить потенциалы в контактных точках 0; 3; 6;...42 относительно точки земли с нулевым потенциалом "┴". Результат измерений занести в табл. 8.4.

Таблица 8.4 Величина потенциалов поверхности почвы

1.5. Произвести пересчет потенциалов, полученных на моделирующей установке, на их значение в реальных условиях:

р = ∙ оп (8.13)

сети

где φр - потенциал точки в реальных условиях, В; φоп - потенциал точки в опыте, В; Uр - напряжение на заземлителе в реальных условиях (согласно варианту, табл. 8.2),В; Uсети - напря-

96

жение на заземлителе в опыте, В. Расчетные данные занести в табл. 4.

1.6. Построить кривую распределения потенциалов на поверхности почвы в реальных условиях φр=f(Lp), где Lp- расстояние между точками поверхности в реальных условиях, измеренные в метрах.

2. Определение напряжения шага

2.1.По графику φр=f(Lp), построенному по данным табл. 8.4, определить потенциал ног φX и φX+A последовательно для пяти различных расположений человека (табл. 8.5). Данные занести в табл.8.5;

2.2.По полученным данным определить величину напряжения шага

чину опасной зоны (допустимую величину напряжения шага в реальных условиях считать равной 25 В).

3. Определение напряжения прикосновения

3.1.Привести лабораторный стенд в исходное положение согласно пунктам 1.1 и 1.2.

3.2.С помощью вольтметра измерить напряжение прикосновения Unp оп в контактных точках 0; 3; 6; ... 42. Результаты измерений занести в табл. 8.6.

Таблица 8.6 Значение напряжение прикосновения

3.3.Произвести несколько контрольных измерений напряжения прикосновения и убедиться, что оно не зависит от того, к какому корпусу прикасается человек (корпус 1; 2; 3), а зависит только от расстояния до заземлителя.

3.4.Произвести пересчет измеренного напряжения прикосновения в опыте Uпр оп на его значение в реальных условиях:

ПРр = ∙ пр оп (8.15)

сети

Расчетные данные занести в табл. 8.6 3.5. Построить кривую распределения напряжения при-

косновения в реальных условиях Uпp p = f(Lp). Сделать выводы по работе.

98

Контрольные вопросы

1.По какому закону происходит распределение потенциала на поверхности земли при стекании тока в землю через одиночный полушаровой заземлитель?

2.В каких случаях наблюдается стекание тока в

землю?

3.Что такое напряжение прикосновения?

4.Что такое напряжение шага?

5.Как изменяются напряжение прикосновения и шага при удалении от заземлителя?

6.Почему все оборудование практически получает один и тот же потенциал при замыкании фазы на один из корпусов?

7.Как зависит напряжение шага и прикосновения от

вида грунта?

8.Как в реальных условиях уменьшить значение

Uш?

9. На какое расстояние разрешается приближаться к месту обрыва провода на открытой местности и в помещениях?

99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью изучения дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» является представление о неразрывном единстве эффективной профессиональной деятельности с требованиями к безопасности и защищенности человека, что гарантирует сохранение работоспособности и здоровья человека, готовит его к действиям в экстремальных ситуациях. Изложенные в пособии материалы позволяют студентам идентифицировать основные опасности производственной среды, оценивать риск их реализации, выбрать методы защиты от опасностей и способы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности.

Авторы надеются, что данное учебное пособие позволит привить специалистам навыки самостоятельно оценивать негативное воздействие опасных и вредных факторов техносферы, окружающей природной среды на организм человека, применять способы защиты, научиться пользоваться инструментальной базой для количественных измерений параметров, овладеть способами оказания первой помощи в критических ситуациях. Научный характер изложения материала доступен для понимания студентами. Содержание учебного пособия соответствует требованиям действующего государственного образовательного стандарта и программе по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности».

100